CN1741255A - 移除金属氧化物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种移除金属氧化物的方法，包括于一基底上形成一介电层，于此介电层中形成一金属接触，而此金属接触是具有一金属氧化物位于其上方，以及借使用温度高于约10℃的水或温度高于约15℃的化学品以增进金属氧化物的溶解度。

Description

移除金属氧化物的方法

技术领域

本发明是有关于在半导体基底上制造集成电路元件，且特别有关于形成接触结构的方法、以及所形成的接触结构和所应用的装置。

背景技术

互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor；CMOS)的技术已被普遍认定为应用在数字电子的领先科技，且特别是在许多计算机产品的应用上。而在互补式金属氧化物半导体元件的微小化中，金属接触(contact)是已广泛地应用于此工业上。

图1是显示一接触结构的概略剖面图式。此接触结构是包含基底100、介电层110、金属接触120以及金属氧化物120a。介电层110是位于基底100上，金属接触120则位于介电层110中，而金属氧化物120a则位于金属接触120的上方。

形成上述接触结构的方法是包括于介电层110中提供一接触孔(未示)，将一金属层(未示)填入此接触孔中并且覆盖于基底100上。接着施以一化学机械研磨制程(chemical-mechanicalpolishing；CMP)以移除高于介电层110表面的金属层，以形成金属接触120。当化学机械研磨制程结束后，则其所使用的研磨液中的化学成分将与金属接触120反应，因此将于金属接触120上形成金属氧化物120a。由于金属氧化物120a是具有高电阻，因而将增加接触结构的电阻，并可能导致电路的故障。目前是于化学机械研磨后的接触结构中施以一化学品例如水或氨水(ammonia)，以移除金属氧化物120a。

美国专利申请案号2002/0052115 A1中是揭露一种排除在研磨液中的凝聚(agglomerate)颗粒的方法。此方法包括将废研磨液传送至排出管，其中上述废研磨液可能形成具有一凝聚颗粒尺寸的凝聚块。此方法更包括将能量施予至废研磨液以实质减小凝聚颗粒的尺寸，以致将废研磨液通畅地流经排出管。

美国专利案号5,906,949中是揭露一种化学机械研磨制程。此制程是利用一种包含主要由硅亚隆(sialon)或勃姆石(boehmite)所制成的研磨颗粒(abrasive particle)的研磨液，其可增进研磨速率且不会造成研磨处理表面的平面下陷，以及金属杂质的增加。

发明内容

本发明是提供一种将金属氧化物自金属层移除的方法，其是借使用温度高于约10℃的水或温度高于约15℃的化学品的液体或蒸气(vapor)以增进金属氧化物的溶解度(solubility)。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，上述液体或蒸气的温度是增加上述金属氧化物的溶解度的平衡常数。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，该化学品是包含一纯极性溶液或一极性溶液和水。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，该极性溶液是包含铜或醇。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，上述水或化学品的温度是介于大抵15至100℃。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，上述通过液体或蒸气而增加金属氧化物的溶解度的步骤的时间是不小于大抵5秒。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，上述通过液体或蒸气而增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一pH值介于大抵4至10的条件下实施。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，该金属氧化物是包含氧化钨或氧化铜。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，上述增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一金属化学机械研磨制程中实施。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，上述增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一化学机械研磨氧化物抛拭制程后实施。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，上述增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一化学机械研磨清洗制程后实施。

本发明所述的移除金属氧化物的方法，上述增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一去离子水清洗制程后实施。

本发明是揭露形成接触结构的方法，其包括：于一基底上形成一介电层，于上述介电层中形成一金属结构，而此金属结构上方则具有金属氧化物。此方法可利用温度高于约10℃的水或温度高于约15℃的化学品的液体或蒸气以增进金属氧化物的溶解度。

本发明揭露形成接触结构的方法，其包括：于一基底上形成一介电层，于上述介电层中形成一钨插塞(plug)，且此钨插塞的上方是具有氧化钨。此方法可利用温度高于约10℃的水或温度高于约15℃的化学品的液体或蒸气以增进氧化钨的溶解度。

本发明揭露形成接触结构的方法，其包括：提供一基底，其上方具有一介电层，而一接触洞则位于此介电层中。于上述接触洞中以及介电层上方形成一钨金属层，将位于介电层表面上方的钨金属层部分通过化学机械研磨步骤移除，以形成一位于接触洞中的钨插塞，并且具有氧化钨位于其上方表面。此方法是执行一化学机械研磨氧化物抛拭步骤，以及一去离子水清洗步骤，并可通过使用一温度介于约15至100℃的水或化学品的液体或蒸气不小于大抵5秒，以增进氧化钨的溶解度。

本发明是提供接触结构，其是根据上述形成接触结构的方法而形成。

一种化学机械研磨装置的清洁设备(cleaner)，其包含：一浸泡超音波震荡元件(immersion megasonic module)、一刷洗站(brush scrubber station)、一旋转清洗(spin rinse)元件、以及一提供热液体或蒸气的元件的相结合。上述提供热液体或蒸气的元件是用于供应温度高于约10℃的水或温度高于约15℃的化学品的液体或蒸气。

一种化学机械研磨装置的清洁设备，其包含：一辊轮(roller)、一清洗头(pencil)、以及一提供热液体或蒸气的元件的相结合。上述提供热液体或蒸气的元件是用于供应温度不小于约15℃的水或化学品。

附图说明

图1是显示一接触结构的概略剖面图式；

图2A至图2C为阐述形成接触结构的方法的一系列概略剖面图式；

图3是阐述移除金属接触上方的氧化物的实施方法的流程；

图4是显示移除金属接触上方的氧化物的实施方法的流程；

图5是显示一实施例中，其化学机械研磨装置的概略图式；

图6为显示另一实施例中，其化学机械研磨装置的概略图式。

具体实施方式

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

图2A至图2C为阐述形成接触结构的方法的一系列概略剖面图式。

图2A中，于基底200上形成介电层210，并于介电层210中形成接触洞220。

基底200可例如为硅基底、III-V族化合物基底、玻璃基底、液晶显示板(LCD)基底、或其它与上述相似的基底。介电层210的材料可包含如未掺杂的硅玻璃(USG)、掺杂硼的硅玻璃(BSG)、掺杂磷的硅玻璃(PSG)、掺杂硼磷的硅玻璃(BPSG)、聚酰亚胺(polyimide；PI)、苯环丁烯(benzocyclobutene；BCB)、聚对二甲苯类高分子(parylene)、类钻石碳(diamond-like carbon)、聚亚芳基醚(poly(arylene ethers))、赛克洛汀(cyclotene)、氟碳化物(fluorocarbon)、甲基倍半氧硅烷(methyl silsesquioxane)、氢倍半氧硅烷(hydrogen silsesquioxane)、多孔性氧化物(nanoporous oxide)、或掺碳的二氧化硅(carbon doped silicondioxide)。介电层210可利用如化学气相沉积法、物理气相沉积法、或旋转涂布法(spin coating)而形成。接触洞220可利用如微影(photolithographic)以及蚀刻制程而形成。于基底200上形成一介电层(未示)，利用一图案化光致抗蚀剂层(未示)作为蚀刻掩膜，并且进行蚀刻制程移除部分上述的介电层，以于介电层210中形成接触洞220。

参照图2B，形成一金属层230于图2A所示的接触洞220中，并且覆盖于介电层210。

金属层230可例如为钨、铝、铝铜或铜，而在此实施例中，金属层230为钨。金属层230可利用如化学气相沉积法、物理气相沉积法、电镀法(electroplate)、无电镀法(electroless plating)、或上述方法的组合而形成。

参照图2C，将高于介电层210表面的金属层230的部分移除以形成金属接触230a，而金属接触230a则具有金属氧化物230b位于其上方。移除部分金属层230的步骤可利用如化学机械研磨法、回蚀(etch-back)步骤、反电镀处理方式(anti-electricprocessor)、或上述方法的组合而达成，而此实施例中是利用化学机械研磨法。于化学机械研磨后，金属接触230a的上表面是受到研磨液中的化学成份的影响，当研磨液的pH值够低时，例如为4，则金属接触230a将与研磨液中的化学品反应，以致形成金属氧化物230b。而在某些情况下，金属氧化物230b则可由于金属接触230a暴露于大气中超过等待时间(Q-time)而形成。

图3是阐述移除金属接触上方的氧化物的实施方法的流程。此流程是包括步骤：S301，金属层的沉积；S303，金属的化学机械研磨；S305，金属氧化物抛拭制程；S307，去离子水刷洗步骤；S309，热液体或蒸气制程。其中金属层的沉积步骤S301以及金属的化学机械研磨步骤S305是分别与上述图2B及图2C中所述相近，故此处不再重复。

金属氧化物抛拭制程S305可用于移除先前金属化学机械研磨制程中所留下的刮痕、以及包含刮痕中的残留物。在此实施例中，金属氧化物抛拭制程S305可利用如包含氢氧化钾(KOH)或氢氧化铵(NH₄OH)的研磨液而将氧化钨移除，且金属氧化物抛拭制程S305亦可经时间或终点而设定，而本领域技术人员经此实施例的上述说明后，将可明了如何执行金属氧化物抛拭制程S305。去离子水或化学品刷洗步骤S307是用于清洁金属接触230a的表面，如图2C中所示。一般去离子水刷洗步骤S307是使用温度高于约10℃的去离子水或温度高于约15℃的化学品，且去离子水刷洗步骤S307可通过例如辊式海绵(roller sponge)而执行。

热液体或蒸气制程S309是为增进金属氧化物230b的溶解度。在此实施例中，液体或蒸气的温度是高于例如约15℃，而由于液体或蒸气在此温度范围下，金属氧化物230b的溶解度的平衡常数(equilibrium constant)增加，以致于金属氧化物230b的溶解度增加。上述液体或蒸气可包含例如水或化学品，在某些实施例中，化学品可包含一纯极性溶液(polaf solution)或一极性溶液和水，其中上述极性溶液可包含例如酮(ketone)或醇(alcohol)。在此实施例中，上述液体或蒸气是为水，其具有温度介于约15至100℃间。再者，此热液体或蒸气制程S309的处理时间是不少于例如约5秒。由于液体或蒸气的加入，热液体或蒸气制程S309是于一pH条件约4至10之间执行，而在此热液体或蒸气制程S309结束后，金属氧化物230b则大抵被移除，并因此减低金属接触230a的接触电阻(contact resistance)。对于金属接触230a的接触电阻的要求是根据集成电路的设计，只要金属接触230a的接触电阻通过集成电路的规格，则部分金属氧化物230b可残留于金属接触230a的表面。本领域技术人员经此实施例上述揭露的内容，将可明了如何修饰上述热液体或蒸气制程S309的处理时间，亦或如何控制制程条件。

图4是显示移除金属接触上方的氧化物的实施方法的流程。此流程是包括步骤：S401，金属层的沉积；S403，金属的化学机械研磨；S405，金属氧化物抛拭制程；S407，热液体或蒸气制程；以及S409，去离子水刷洗步骤。其中图4所示的金属层沉积步骤401、金属化学机械研磨步骤S403、以及金属氧化物抛拭制程S405是与图3中参考标号加上100所述的步骤相同，故此处不再重复赘述。而热液体或蒸气制程步骤S407以及去离子水刷洗步骤S409则分别与热液体或蒸气制程步骤S309以及去离子水刷洗步骤S307相似，故此处亦不再重复。

相较于图3中所示的流程，图4中的流程是将热液体或蒸气制程步骤以及去离子水刷洗步骤交换，因此热液体或蒸气制程步骤S407是于金属氧化物抛拭制程S405后执行。由于制程步骤的交换亦可达至相同功效，故本领域技术人员经此实施例上述揭露的内容，将可明了此热液体或蒸气制程亦可于任何步骤间执行，只要金属接触230a的接触电阻可达到集成电路设计的需求。

在某些实施例中，上述流程亦可包含氢氧化铵浸泡制程、氢氧化铵刷洗制程、旋转清洗干燥制程(spin rinse dry)、氢氟酸(HF)水刷洗清洁制程、或上述方法的组合。上述步骤的应用是根据接触电阻、制造成本、制程时间等而决定，而本领域技术人员经此实施例上述的说明，将可明了并且决定上述流程的组合。

图5是显示一实施例中，其化学机械研磨装置的概略图式。

此化学机械研磨装置是包含一研磨设备(polisher)500以及一与其结合的清洁设备(cleaner)510。清洁设备510是包含：液体槽(tank)511、刷洗站513、旋转清洗器515，以及热溶液或蒸气元件517，而上述元件是相连结。研磨器500是提供金属化学机械研磨制程S303以及S403步骤使用，其亦可提供金属氧化物抛拭制程S305以及S405使用。液体槽511可例如为氢氧化铵浸泡制程使用，而刷洗站513则可例如为去离子水刷洗制程S307以及S409、氢氧化氨刷洗制程、或氢氟酸水刷洗制程所使用。旋转清洗器515可例如为旋转清洗干燥制程所使用。热溶液或蒸气元件517则可提供如热溶液或蒸气制程S309以及S407之用。在某些实施例中，热溶液或蒸气元件517可包含一湿式清洗槽。液体槽511、刷洗站513、旋转清洗器515、以及热溶液或蒸气元件517是不需实际地连接，在某些实施例中，上述的元件可经由一控制系统而相连接，因此化学机械研磨过后的晶圆可流畅地穿梭于上述元件间，而不会阻碍制造过程。

图6为显示另一实施例中，其化学机械研磨装置的概略图式。

此化学机械研磨装置是包含一研磨设备(polisher)600以及一与其结合的清洁设备(cleaner)610。清洁设备610是包含：一辊轮611、清洗头613、以及一热液体或蒸气元件615，而上述元件是相结合。研磨设备600是提供金属化学机械研磨制程S303以及S403步骤使用，其亦可提供金属氧化物抛拭制程S305以及S405使用。辊轮611可作为例如去离子水刷洗制程所使用。清洗头613可作为例如去离子水清洗头清洗制程以及旋转清洗干燥制程所使用。热溶液或蒸气元件615是提供为例如热溶液或蒸气制程S309以及S407之用。在某些实施例中，热溶液或蒸气元件617可包含一湿式清洗槽。辊轮611、清洗头613、以及热液体或蒸气元件615是不需实际地连接，在某些实施例中，上述的元件可经由一控制系统而相连接，因此化学机械研磨过后的晶圆可流畅地穿梭于上述元件间，而不会阻碍制造过程。

清洁设备510及610的元件排列是并非必需与图5及图6中所示相同，而是可依照清洁设备510及610的空间限制、以及制程的流畅度而定。而根据上述对清洁设备元件的要求，本领域技术人员将可明了如何排列上述元件。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

100：基底

110：介电层

120：金属接触

120a：金属氧化物

200：基底

210：介电层

220：接触洞

230：金属层

230a：金属接触

230b：金属氧化物

S301：金属层的沉积

S303：金属的化学机械研磨

S305：金属氧化物抛拭制程

S307：去离子水刷洗步骤

S309：热液体或蒸气制程

S401：金属层的沉积

S403：金属的化学机械研磨

S405：金属氧化物抛拭制程

S407：热液体或蒸气制程

S409：去离子水刷洗步骤

500：研磨设备

510：清洁设备

511：液体槽

513：刷洗站

515：旋转清洗器

517：热溶液或蒸气元件

600：研磨设备

610：清洁设备

611：辊轮

613：清洗头

615：热液体或蒸气元件

Claims (12)

1、一种移除金属氧化物的方法，上述金属氧化物是来自一基底上的金属层，包括使用一温度高于10℃的水或一温度高于15℃的化学品的液体或蒸气以增加上述金属氧化物的溶解度。

2、根据权利要求1所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：上述液体或蒸气的温度是增加上述金属氧化物的溶解度的平衡常数。

3、根据权利要求1所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：该化学品是包含一纯极性溶液或一极性溶液和水。

4、根据权利要求3所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：该极性溶液是包含铜或醇。

5、根据权利要求1所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：上述水或化学品的温度是介于15至100℃。

6、根据权利要求5所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：上述通过液体或蒸气而增加金属氧化物的溶解度的步骤的时间是不小于5秒。

7、根据权利要求1所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：上述通过液体或蒸气而增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一pH值介于4至10的条件下实施。

8、根据权利要求1所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：该金属氧化物是包含氧化钨或氧化铜。

9、根据权利要求1所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：上述增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一金属化学机械研磨制程中实施。

10、根据权利要求9所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：上述增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一化学机械研磨氧化物抛拭制程后实施。

11、根据权利要求9所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：上述增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一化学机械研磨清洗制程后实施。

12、根据权利要求10所述的移除金属氧化物的方法，其特征在于：上述增加金属氧化物的溶解度的步骤是于一去离子水清洗制程后实施。

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